CN113329439B - 一种基于传输延迟的资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种基于传输延迟的资源分配方法，所述方法包括在基本服务组内生成各个站点位置，并根据站点位置和接入点位置计算出路径损耗；根据站点与接入点之间的信道状态信息，在连续多帧传输中生成不同信道增益矩阵；根据所生成的信道增益矩阵计算出站点集合中各个站点在不同资源块的上行数据传输速率；基于数据传输速率与数据包大小计算出所述站点集合中各个站点的传输延迟；以最小化传输延迟差为目标，得到在确定传输机会时长内站点集合中各个站点的资源块分配结果；以最大化信道利用率为目标，得到各个站点的功率分配结果；本发明能够解决基站数量众多和潜在的高数据包冲突率而导致无线局域网通信效率显著降低的问题。

Description

一种基于传输延迟的资源分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别地，涉及802.11ax(第六代无线局域网标准)中基于OFDMA调度接入的多用户传输方式，考虑基于传输延迟的用户分组调度及资源分配方法。

背景技术

智能终端的日益繁荣和物联网(Internet of Things，IoT)应用的快速发展，促使一些高密度部署场景，如机场、体育馆、购物中心和企业等，发展成为未来无线网络的重要应用场景。在未来，一方面，无线网络需要在有限的地理区域内部署大量的无线接入点(Access Point，AP)，以保证所需的覆盖范围和容量；另一方面，无线网络也需要支持单个小区中的大量连接，例如体育场中的智能手机、智能家居，或企业网络中的物联网设备。无线网络的密集部署，使得来自相邻设备的干扰将会大大增加，传统802.11协议基于载波侦听多路访问/冲突避免(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA)的信道访问机制，在密集场景下会造成竞争冲突加剧，从而导致网络性能下降严重，特别是MAC效率急剧下降。IEEE于2014年成立了802.11ax工作组，开始着手制定下一代WLAN标准802.11ax，草案7.0版本于2020年9月已发布，802.11ax又称为高效无线局域网(High Efficiency WLAN,HE WLAN)标准，主要是为了解决密集场景下的通信问题，以提升MAC效率，提高网络吞吐量。

802.11ax区别于传统WiFi标准最大的不同是支持多用户传输，与上一代WiFi标准802.11ac相比，在技术上主要采取的改变有以下几点：采用更小的子载波间隔78.125KHz和更高阶的调制技术1024QAM，引入了上下行OFDMA和上行MU-MIMO技术支持上下行的多用户传输，采用频域划分资源单元的方法，以支持更多用户在同一时间节点并行传输，A-MSDU,A-PSDU,支持动态帧分片的帧聚合方式，空间复用，TWT节能等。其中基于OFDMA的上行多用户传输分为两种接入方式：UL基于OFDMA的调度接入(Uplink OFDMA based SchedulingAccess,UOSA)和UL基于OFDMA的随机接入(Uplink OFDMA based Random Access,UORA)。两种类型的接入方式都各有优缺点：从提高资源利用率和QoS的角度来看，调度接入优于随机接入，从降低接入延迟和信令开销的角度来看，随机接入优于调度接入。

另外，在802.11ax中，多用户传输是以每帧(frame)为基础的，资源分配的粒度是RU，一个数据帧包含多个不同用户的数据，在整个帧时长内，不同的RU分配给不同的用户，并且每帧的帧时长是可变的。并且802.11ax规定，任意用户最多只能分配一个RU，但RU划分方式比较灵活，大小不固定。因此，系统传输性能很大程度上取决于每次传输用户的分组方式以及频率功率等资源如何分配，目前的研究主要集中在RU的划分、分配组合及用户分组方面，在考虑系统和速率或者其他效用时并没有把不同用户负载情况下的传输延迟作为影响因素，导致出现由于基站数量众多和潜在的高数据包冲突率下，无线局域网通信效率显著降低。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明综合考虑信道状态信息和缓冲区状态信息，最小化组内传输延迟差的同时最大化系统信道利用率，因此公开一种基于传输延迟的资源分配方法，具体包括以下内容：

在基本服务组内生成各个站点位置，并根据站点位置和接入点位置计算出路径损耗；

根据站点与接入点之间的信道状态信息，在连续多帧传输中生成不同信道增益矩阵；

根据所述信道增益矩阵计算出站点集合中各个站点在不同资源块的上行数据传输速率；

基于所述数据传输速率与数据包大小计算出所述站点集合中各个站点的传输延迟；

以最小化传输延迟差为目标，得到在确定传输机会时长内站点集合中各个站点的资源块分配结果以及功率分配结果。

优选的，本发明还在进行资源分配前对站点进行分组，将需要相似上行传输延迟的站点划分到同一个分组的站点集合中，按照不同的分组进行资源分配调度。

本发明的有益效果：

本发明基于上行调度接入中动态传输时间的帧交互方案，将接入点结合站点提供的信道状态信息和缓冲区状态报告信息来确定各站点的传输延迟；本发明利用最小化传输延迟差为目标，能够确定出传输机会时长内站点集合中各个站点的资源块分配结果；进而以最大化信道利用率为目标，确定各站点的发射功率，同时保障站点用户的传输速率；同时为了便于其它用户传输以及动态调整传输帧持续时长，本发明还采用分组调度的方式将需要相似上行传输延迟的站点划分到同一个分组的站点集合中，进行资源分配时可以按照每个分组进行分配，以增强信道利用率。与传统的调度方法相比，本发明所采用的分组调度和资源分配方法在连续多帧传输的信道利用率上有10％-15％的提升，同时也保证了用户网络吞吐量的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例中所采用的系统模型图；

图2是本发明实施例中所采用的OFDMA调度接入的上行多用户传输过程图；

图3是本发明实施例中按照802.11ax标准中规定的资源分配指示图；

图4是本发明实施例中的基于传输延迟的资源分配方法流程图；

图5是本发明优选实施例中基于传输延迟的资源分配方法流程图；

图6是本发明实施例中连续多组传输中每组信道利用率仿真图；

图7是本发明实施例中连续多帧传输时信道利用率仿真图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1给出了本发明实施例所采用的系统模型图，如图1所示，假设本实施例的系统模型是上行传输链路模型，上行传输链路模型为BSS内有K个站点即用户，假设信道总带宽B划分为N个RU，每个子信道n∈{1,2,...,N}的带宽为W，且有W＝B/N，802.11ax为了使调度多用户传输时更加灵活而支持不同大小RU的组合划分，设每个RU由S个子载波组成，由于不同大小RU里导频子载波数量不一致，所以用于传数据的子载波也不一样；假设信道带宽为20MHz情况下，分为大小相等的9个RU供站点接入进行上行传输，站点通过BSRP帧上报CSI和BSR信息，AP通过资源分配控制器进行资源调度和分配之后将信息下发给站点，站点在对应的RU上发送上行数据。

图2是本发明实施例中所采用的OFDMA调度接入的上行多用户传输过程图，其传输过程主要包括：

AP竞争接入信道、STA上报BSR和CSI、AP使用Trigger帧调度UL多用户传输、AP回复MBA帧进行确认。

AP调度多个STA进行UL多用户传输之前，需要使用CSMA/CA机制竞争接入信道，若竞争成功，则开始UL多用户调度；否则，AP进行退避直到信道空闲分布式帧间隔(Distributed Inter-frame Space，DIFS)后，再次竞争信道；开始需要收集各个STA的缓存状态报告信息及信道状态信息，STA采用OFDMA方式上报BSR和CSI，AP根据各STA的UL缓存状况及信道条件，选择相应的SRA方案，调度STA进行UL多用户传输。

其中，SRA信息是通过AP发送的Trigger帧广播给各STA的，Trigger帧中包含了RU划分方式、STA/RU匹配信息、传输时长、MCS、空间流、发射功率等信息；AP在整个信道上回复MBA帧如果AP成功接收到至少一个STA发送的UL数据，则在等待短帧间隔(Short Inter-frame Space，SIFS)之后，AP将在整个信道上回复MBA(Multi-user BA)帧以确认相应STA的UL数据。

根据802.11ax系统中基于调度接入的上行多用户传输方式建立基本服务组(Basic Service Set，简称BSS)模型，其中AP同时接收来自多个站点的上行信号，当BSS中AP成功竞争到信道获得TXOP后，该AP调度BSS内的STA进行上行多用户传输，如果在一帧内不能调度完所有STA，则在TXOP Limit时长内，进行连续多帧传输，TXOP时间内每帧传输的持续时长是动态调整的，由AP执行完调度后根据每组用户的传输延迟决定。

图3是本发明实施例中按照802.11ax标准中规定的资源分配指示图，如图3所示，在AP发送的DL MU PPDU中Trigger帧的PHY头中，HE-SIG-B字段已经包含了DL MU传输的SRA信息，包含了RU划分方式、STA/RU匹配信息、传输时长、MCS、空间流、发射功率等信息，因此，STA可以直接从HE-SIG-B字段中获得SRA信息，并在特定RU上发送数据。

以频域带宽20MHz为例，子载波间隔78.125KHz，平均划分为9个RU，每个RU含24个数据子载波，2个导频子载波，带宽间11个保护子载波，4个空子载波，RU间7个DC保护子载波。考虑BSS内一个AP，36个STA，上行接入方式为基于OFDMA的调度接入。

图4是本发明实施例中的一种基于传输延迟的资源分配方法流程图，如图4所示，所述资源分配方法包括：

101、在基本服务组内生成各个站点位置，并根据站点位置和接入点位置计算出路径损耗；

假设站点均匀分布在半径为100m的圆内，站点STA与接入点AP的最小距离为1米，站点之间最小距离为8米，且各站点的业务类型相同，假设每个用户的数据在一帧内可以传输完成，分组传输时每组用户不存在重复情况，连续多帧传输时为同组同用户不断生成数据进行传输。根据横纵坐标位置计算STA与AP之间的距离，进一步计算路径损耗，其中路径损耗模型为：

PL_k＝PL₀+10a·log₁₀(d_k)(dB) (1)

式中，PL_k表示为站点k的路径损耗；PL₀为1米距离时的参考路径损耗，a为路径损耗指数，d_k为STA与AP之间的距离。

102、根据站点与接入点之间的信道状态信息，在连续多帧传输中生成不同信道增益矩阵；

本实施例中，无线信道模型为独立的瑞利多径组成的频率选择性信道，每个多径分量呈现平坦衰落，且AP与STA之间的信道状态在一个TXOP内保持不变；在连续多帧传输仿真中每次生成不同的信道增益矩阵，噪声功率谱密度可以设置为N₀＝1.1565×10^-8W/Hz。

记

表示站点k在资源块n的子载波s上的信道增益。将所有站点在资源块n的子载波s上的信道增益g_k,n,s(m)构建出对应的增益矩阵G_[k*n]，其中，h_k,n,s为站点k在资源块n的子载波s上信道频率响应，

表示为站点k在资源块n的子载波s上的噪声。

103、根据所述信道增益矩阵计算出站点集合中各个站点在不同资源块的上行数据传输速率；

根据初始功率分配指示p_k和信道增益矩阵计算站点在不同资源块上的数据传输速率，结合数据包大小计算站点传输延迟T_k。

具体的，假设一次TXOP内传输M帧数据，由于每次调度传输前能通过各STA上报的信道状态信息(channel state information，CSI)获得所有用户设备到接入点的信道状态信息，结合指示用户分配的功率值p_k,n及资源块分配指示值α_k,n，可以计算出传输帧m内站点k在资源块n的第s个子载波上可实现的数据传输速率为：

其中，N_s为资源块中用于传数据子载波的数量，h_k,n,s为信道频率响应，α_k,n,s(m)为指示传输帧m内资源块n的子载波s是否分配给站点k的变量，β表示香农容量与实际速率之间的速率差距，取值范围为：0<β<1，根据标准一般取值为0.5，p_k,n,s(m)为接入点AP指示传输帧m内资源块n的子载波s分配给站点k的发射功率。

由于在频域资源分配和指示调制编码方案时是以RU为单位的，同一RU内采用相同的调制编码方式，所以，可以认为：

那么，站点用户k在资源块n上对应的数据传输速率为：

其中，式(2)和式(4)均表示数据传输速率，而式(2)是针对资源块中的每个子载波所计算出的数据传输速率，而式(4)是针对每个资源块所计算出数据传输速率，由于本发明是为了向站点分配资源块，因此本实施例采用式(4)来计算在不同资源块的数据传输速率。

104、基于所述数据传输速率与数据包大小计算出所述站点集合中各个站点的传输延迟；

由于AP可以获得各STA的缓冲区状态，每个用户维护一个单独的队列，数据包的大小是一个随机的到达过程，这个过程在用户和传输帧之间是独立的，设A_k(m)表示站点k在传输帧m内到达的数据包大小；Q_k(m)表示站点k在传输帧m传输的数据量，即站点k的当前队列长度，R_k(m)表示站点k对传输帧m的数据传输速率，T_tx(m)为传输帧m的帧传输时长，k∈(1,2...K)，α_k(m)为二进制指示变量，表示在传输帧m中站点k是否分配到RU进行传输；K表示站点集合中的站点数。那么，下一轮待传输的数据量Q_k(m+1)为：

Q_k(m+1)＝[Q_k(m)-R_k(m)·T_tx(m)·α_k(m)]⁺+A_k(m) (5)

根据上述站点k的队列长度和站点k的传输速率可以计算每个站点k传输数据需要的时间，记为传输延迟：

105、以最小化传输延迟差为目标，得到在确定传输机会时长内站点集合中各个站点的资源块分配结果；

本实施例考虑将带宽平均划分为等大小资源块的情况，而实际上802.11ax支持不同大小RU的组合划分，考虑最基本的划分方式使得所本发明可以扩展到其他不同带宽的场景中。

设G(m)＝{{k...}；{n...}|k∈K,n∈Ν}为传输帧m内匹配后的站点与资源块对的集合，该匹配集合中包括站点和资源块；K表示站点集合中的站点数量；N表示带宽中的资源块个数；T_G(m)_max表示匹配集合G(m)里任意两站点的传输时延差；T_G(m)＝|T_k1,n1-T_k2,n2|，其中站点k1和k2均为站点集合中的元素；且k1≠k2∈G(m)；资源块n1和n2也为站点集合中的元素，且n1≠n2∈G(m)。

对于任意一组站点k∈K＝{1,2...K}，每帧的传输时长T_s(m)满足T_G-min(m)≤T_s(m)≤T_G-max(m)，针对给定的Q_k(m)和R_k(m)，使得系统吞吐量D_sys最大化的最优传输时长T_s ^*(m)和T_G-min(m)是等价的。即当前站点集合的传输时长以其最短传输时长为准，这样每组用户不存在无效填充内容，但显然不利于组内其它用户传输和动态调整传输帧持续时长。

系统吞吐量可以定义为：

其中，q_k(m)表示站点k在传输时间T_tx(m)内的传输数据量，T_tx(m)＝R_k(m)·T_tx(m)·s_k(m)，表示用户k传输数据包大小。

为了实现最大化信道利用率，本发明需要将资源块分配后的站点间的传输延迟差最小化，即最小化传输延迟差的目标模型表示为：

min T_G(m)＝|T_k1,n1-T_k2,n2| (8)

约束条件为：

C2:0≤p_k,n(m)≤p_k-max

C3:k1≠k2，n1≠n2∈G(m)

其中，T_G(m)表示匹配集合G(m)里任意两站点用户的传输时延差；G(m)表示在传输帧m帧内匹配后的站点与资源块对的集合；T_k1,n1表示站点k₁与资源块n₁匹配后传输数据需要的时间；T_k2,n2表示站点k₂与资源块n₂匹配后传输数据需要的时间；α_k,n(m)为指示传输帧m帧内资源块n是否分配给站点k的变量；p_k,n(m)表示传输帧m内接入点n指示站点k的发射功率，p_k-max表示站点k的最大发射功率，K表示站点集合中的站点数量；N表示带宽中的资源块个数。

为了找到最佳的RU-STA分配方案，本实施例提供如下方式进行处理：

501、记用户集合为U，随机生成用户位置POS_k，计算路径损耗PL_k，信道衰落，得到信道增益矩阵G_[k*n]，计算传输速率R_k。

502、各用户随机生成一定大小的传输队列Q_k。

503、计算集合中每个站点在不同资源块上的传输延迟T_[k*n]。

504、求解公式(8)得到站点配对集合U_i，查找U_i内传输时间最长的T_i-max，计算T_i-max-T_k为站点k的帧填充时长。

505、计算站点集合的传输信道利用率η_data和填充效率η_pad。

η_data为传输信道利用率，即帧传输时间内用作数据传输的时间与总时间的比值，η_pad为填充效率，填充部分与总传输时间的比值。

506、直到用户集合为空时，方案执行结束，得到匹配完成的站点-资源块集合。

在上述方案步骤4中，求解问题(9)是找到一组匹配结果使得用户间传输延迟差最小，等价于求解在M·N维的矩阵中找出不同行不同列的方差最小的一组值，即：

针对此问题，利用传统的穷举搜索法的复杂度较高，对于M×N维的矩阵，需要穷举(min(M,N))！次，针对资源块数量或站点较多的场景，这种穷举搜索法并不适用，因此本发明提出一种复杂度低，同时可以求得近似全局最优解的次优匹配方案。

举个例子，所采用的次优匹配方案如下：

初始时，令站点配对集合U_i为空集；

对站点i进行遍历，当站点i≤K时，若i＝1，则对传输延迟矩阵中的第i行进行行内排序，此时站点的传输延迟确定为T_i,K/2；这里的K/2表示传输延迟矩阵第i行排序之后传输延迟值的中位数。若i≠1，则查找传输延迟T_i,k*使得T_i,k*-T_i-1,k最小：确定站点i的传输延迟为T_i,k*,k^*≠k；直至查找匹配结果U_i中最大传输延迟T_max；计算填充时长T_max-T_k和填充效率；匹配结果U_i。

上述步骤中，利用各个站点的传输延迟构建出传输延迟矩阵；以最小化传输延迟差为目标，根据每组的传输延迟矩阵进行匹配，令当前站点集合中第一个站点用户选择传输延迟大小居中的资源块，依次遍历剩余的每个站点用户，每一轮迭代过程中站点用户选择与上一轮传输延迟相差最小但不重复的资源块，得到当前站点集合中所有站点用户的传输延迟值。

在本发明实施例中，以组内最大传输延迟为基准，其他用户均需要进行帧填充，从而计算每一组用户的帧填充效率。

106、以最大化信道利用率为目标，得到各个站点的功率分配结果。

在用户分组方案中，可以得到TXOP内每次传输的子用户组，进而根据匹配策略得到RU与STA的匹配信息和站点集合的传输延迟，在站点集合中，传输时间小于当前站点集合中最大传输时间T_i-max的站点要进行帧填充，所以在功率分配阶段进行优化，进一步减小用户帧填充的比例，提高信道利用率，问题描述为：

约束条件为：

C1:0≤p_k,n(m)≤p_k-max

C2:T_G(m)_max-T_k≥0

其中C1表示每个用户的发射功率小于功率限制，C2表示在功率分配阶段优化后的传输时间要小于集合中的最大传输时间。

上述目标函数中分母T_G(m)_max在匹配完成时是固定值，要最小化帧填充效率，就要使得分子中T_G(m)_max-T_k的值最小化，即每个用户的传输延迟无限接近组内最大传输延迟值，但是，这样使得每帧的持续时长增大，并且降低系统吞吐量，因为对于固定大小数据包，增大传输时长意味着传输速率降低；显然以最大传输延迟为指标是不合适的，所以在一定范围内通过调整发射功率值，提高传输速率，使得传输延迟较大的用户的传输时长向传输延迟较小的用户靠近。

针对上述问题，提出功率分配方案，具体步骤如下：

601、输入：匹配完成后每个配对集合U_i的站点编号和传输延迟向量T_i。

602、遍历每一个配对集合U_i中的传输延迟T_k(m)，执行下面步骤：

603、如果用户U_i,k的传输时间大于配对集合中U_i的最小传输时间，即T_k(m)＞T_G(m)_min，并且发射功率小于最大功率限制p_k(m)≤P_k-max(m)，那么增加发射功率，使得T_k(m)＝T_G(m)_min，此时得到优化后的发射功率

604、如果优化功率

大于最大发射功率

那么确认用户U_i,k的传输时长不可能满足T_k(m)＝T_G(m)_min，那就确认用户U_i,k以最大传输功率P_k-max(m)传输，传输延迟为

605、当所有用户的功率优化完毕时得到该配对集合新的传输延迟值

计算帧填充效率η_pad和系统吞吐量D_sys，方案执行结束。

606、输出：优化后的发射功率和传输延迟。

在上述实施例中，为了保证在用户密集情况下仍然能够快速的进行资源分配，本发明还对站点集合进行分组。在本发明的优选实施例中，图5是本发明优选实施例中的一种基于传输延迟的资源分配方法流程图，如图5所示，所述基于传输延迟资源分配方法包括：

111、在基本服务组内生成各个站点位置，并根据站点位置和接入点位置计算出路径损耗；

112、根据站点与接入点之间的信道状态信息，在连续多帧传输中生成不同信道增益矩阵；

113、根据所述信道增益矩阵计算出站点集合中各个站点在不同资源块的上行数据传输速率；

114、基于所述数据传输速率与数据包大小计算出所述站点集合中各个站点的传输延迟；

具体的，将接入点和站点k之间的信道状态用g_k(m)表示，进一步根据IEEE802.11ax中规定的MCS计算站点的上行最大数据传输速率，根据映射函数

和站点队列大小Q_k计算出每个站点的上行传输延迟为：

115、将需要相似上行传输延迟的站点划分到同一个分组站点集合中；

在计算t_k的基础上确定上行传输的每组站点，将需要相似传输时间的站点聚类在一起，以增加IEEE802.11ax网络UL-MU传输的信道利用率。C＝{{s₁,s₂...s_k}|s_k∈S}表示上行多用户传输聚类的站点组合，Δt＝|t_i-t_j|,s_i≠s_j∈C，在所有站点中选择最大传输延时最小的站点。用户分组的目标函数表示为：

通过求解上述问题，可以将传输延迟相近的站点组合在一起，上述优化问题的求解可以重复执行，直到网络中所有站点都分成不同的组，分组完成的结果用集合C'＝{C₁,C₂...}表示，每个分组站点集合可以以每个组为单位进一步根据传输延迟对每一组用户进行RU匹配和功率分配的优化。

116、以最小化传输延迟差为目标，得到在确定传输机会时长内站点集合中各个站点的资源块分配结果；

利用各个站点的传输延迟构建出传输延迟矩阵；以最小化传输延迟差为目标，根据传输延迟矩阵进行匹配，令当前分组站点集合中第一个站点选择传输延迟大小居中的资源块，依次遍历当前分组站点集合中剩余的每个站点，每一轮迭代过程中站点选择与上一轮传输延迟相差最小但不重复的资源块，得到当前分组站点集合中所有站点的传输延迟值，直到所有分组站点集合中的所有站点与资源块完成匹配。

117、以最大化信道利用率为目标，得到各个站点的功率分配结果。

在用户分组方案中，可以得到TXOP内每次传输的子用户组，进而根据匹配策略得到RU与STA的匹配信息和用户组的传输延迟，在每组用户中，传输时间小于组内最大传输时间的用户要进行帧填充，所以在功率分配阶段进行优化，进一步减小用户帧填充的比例，提高信道利用率，因此，本实施例中在一定范围内通过调整发射功率值，提高传输速率，使得传输延迟较大的用户的传输时长向传输延迟较小的用户靠近。

701、输入：匹配完成后每个子用户组U_i的用户编号和传输延迟向量T_i。

702、遍历每一个用户组U_i中的传输延迟T_k(m)，执行下面步骤：

703、如果用户U_i,k的传输时间大于组内最小传输时间，即T_k(m)＞T_G(m)_min，并且发射功率小于最大功率限制p_k(m)≤P_k-max(m)，那么增加发射功率，使得T_k(m)＝T_G(m)_min，此时得到优化后的发射功率

704、如果优化功率

大于最大发射功率

那么确认用户U_i,k的传输时长不可能满足T_k(m)＝T_G(m)_min，那就确认用户U_i,k以最大传输功率P_k-max(m)传输，传输延迟为

705、当所有用户的功率优化完毕时得到该用户组新的传输延迟值

计算帧填充效率η_pad和系统吞吐量D_sys，方案执行结束。

706、输出：优化后的发射功率和传输延迟。

图6是本发明实施例中连续多组传输中每组信道利用率仿真图；图6显示了在密集场景中需要分组的情况下连续多组传输中每组的信道利用率。图6中右上角标注从上到下依次对应每一组仿真图中从左到右的数据，即每一组柱形图中从左往右依次代表随机分配、轮询、最大速率匹配、分组匹配以及分组匹配+功率控制。可以看出在每组中分组匹配方法和分组匹配加功率控制方法的信道利用率值都高于参考方法，随机分配和轮询方法由于没有参考每个用户的传输延迟情况，所以表现出较大的随机性，最大速率匹配方法选取传输延迟较小的匹配方案使得信道利用率有所提升；并且本专利方法在分组完成后连续多组中的性能没有出现较大波动。

图7是本发明实施例中连续多帧传输时信道利用率仿真图。图7显示了连续200帧传输过程中，一组用户在每一传输帧中的信道利用率随着帧数量增加的变化趋势，其中每个点是连续十帧取均值的结果。可以看出本专利方法和最大速率匹配方法都保持了长期稳定性，而随机分配和轮询方法在不同时期的信道利用率波动较大；从信道利用率的大小来看，本专利分组匹配方法和分组匹配加功率控制方法相比参考最大速率匹配方法有10％的提升，相比随机分配和轮询方法有15％左右的提升。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于传输延迟的资源分配方法，其特征在于，所述方法包括：

在基本服务组内生成各个站点位置，并根据站点位置和接入点位置计算出路径损耗；

根据站点与接入点之间的信道状态信息，在连续多帧传输中生成不同信道增益矩阵；

根据所述信道增益矩阵计算出站点集合中各个站点在不同资源块的上行数据传输速率；

基于所述数据传输速率与数据包大小计算出所述站点集合中各个站点的传输延迟；

以最小化传输延迟差为目标，利用各个站点的传输延迟构建出传输延迟矩阵；根据传输延迟矩阵进行匹配，令当前站点集合中第一个站点选择传输延迟大小居中的资源块，依次遍历剩余的每个站点，每一轮迭代过程中站点选择与上一轮传输延迟相差最小但不重复的资源块，得到当前站点集合中所有站点的传输延迟值，直到所有站点与资源块完成匹配；得到在确定传输机会时长内站点集合中各个站点的资源块分配结果；

其中，最小化传输延迟差的目标模型表示为：

min T_G(m)＝|T_k1,n1-T_k2,n2|

约束条件为：

C1:

C2:0≤p_k,n(m)≤p_k-max

C3:k1≠k2，n1≠n2∈G(m)

其中，T_G(m)表示匹配集合G(m)里任意两站点的传输时延差；G(m)表示在传输帧m帧内匹配后的站点与资源块对的集合；T_k1,n1表示站点k₁与资源块n₁匹配后传输数据需要的时间；T_k2,n2表示站点k₂与资源块n₂匹配后传输数据需要的时间；α_k,n(m)为指示传输帧m帧内资源块n是否分配给站点k的变量；p_k,n(m)表示传输帧m内接入点n指示站点k的发射功率，p_k-max表示站点k的最大发射功率，K表示站点集合中的站点数量；N表示带宽中的资源块个数；

以最小化帧填充比例即最大化信道利用率为目标，遍历每个站点集合中的站点的传输延迟，对当前站点的发射功率进行调整并为其分配对应的发射功率；得到各个站点的功率分配结果；

其中，最小化帧填充比例即最大化信道利用率的目标模型表示为：

约束条件为：

C1:0≤p_k,n(m)≤p_k-max

C2:T_G(m)_max-T_k≥0

其中，η_pad表示填充效率，即填充部分与总传输时间的比值；T_G(m)_max表示传输帧m内传输的站点集合G(m)里两站点的最大传输时延差；T_k表示站点k传输数据需要的时间，K表示站点集合中的站点数量；N表示带宽中的资源块个数；C1表示每个站点的发射功率小于功率限制，p_k,n(m)表示传输帧m内接入点n指示站点k的发射功率，p_k-max表示站点k的最大发射功率；C2表示站点集合内在功率分配阶段优化后的传输时间要小于集合内最大传输时间。

2.根据权利要求1所述的一种基于传输延迟的资源分配方法，其特征在于，所述站点集合为基本服务组中生成的所有站点构成的站点集合或者为对所有站点构成的站点集合进行分组处理后的若干分组站点集合；所述分组处理包括计算出每个站点的上行最大数据传输速率，根据映射函数和站点队列大小计算出站点的上行传输延迟；将需要相似上行传输延迟的站点划分到同一个分组的站点集合中。

3.根据权利要求1所述的一种基于传输延迟的资源分配方法，其特征在于，最小化传输延迟差的优化目标模型表示为：

s.t.T_k1,n1∈T_G(m)；k1≠k2，n1≠n2∈G(m)

其中，S表示最小化传输延迟差的优化目标；T_K,N表示站点K与资源块N匹配后传输数据需要的时间；

为匹配结果中一组站点的平均传输时长。

4.根据权利要求1所述的一种基于传输延迟的资源分配方法，其特征在于，站点的功率分配方式还包括遍历站点集合中的传输延迟；判断站点的传输时间是否大于当前站点集合内的最小传输时间，若大于所述最小传输时间，且发射功率小于最大功率限制，则令站点的传输时间等于当前站点集合内的最小传输时间，并按照所述最小传输时间计算出当前站点的发射功率并增加发射功率；如果优化功率大于最大发射功率，则确认站点以最大传输功率传输，并确定出传输延迟；当站点集合中的所有站点的功率优化完毕时得到该站点集合中新的传输延迟值，计算帧填充效率和系统吞吐，分配方案执行结束。

Images